w高二寒假第6讲：自感与涡流

自感和涡流一、基础知识（一）自感与涡流1、自感现象(1)概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势．(2)表达式：E ＝L ΔI Δt. (3)自感系数L 的影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关．2、涡流 当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水中的旋涡，所以叫涡流．(1)电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动．(2)电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来．(3)电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用．（二）自感现象的分析1、自感现象“阻碍”作用的理解(1)流过线圈的电流增加时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相反，阻碍电流的增加，使其缓慢地增加．(2)流过线圈的电流减小时，线圈中产生的自感电动势与电流方向相同，阻碍电流的减小，使其缓慢地减小．线圈就相当于电源，它提供的电流从原来的I L 逐渐变小．2、自感现象的四大特点(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体．(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了过程的进行，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．技巧点拨在分析自感现象问题时，应注意电路的结构，弄清楚自感线圈L 与用电器的串、并联关系，明确原电流的方向，再判断自感电流的方向及大小变化．同时注意，L 的自身电阻是不是能忽略不计．在断开开关时，还要看线圈和用电器能否形成回路．二、练习1、如图 (a)、(b)所示的电路中，电阻R 和自感线圈L 的电阻值都很小，且小于灯A 的电阻，接通S ，使电路达到稳定，灯泡A 发光，则 ( )A ．在电路(a)中，断开S ，A 将渐渐变暗B ．在电路(a)中，断开S ，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗C ．在电路(b)中，断开S ，A 将渐渐变暗D ．在电路(b)中，断开S ，A 将先变得更亮，然后渐渐变暗答案 AD解析 在电路(a)中，灯A 和线圈L 串联，它们的电流相同，断开S 时，线圈上产生自感电动势，阻碍原电流的减小，但流过灯A 的电流仍逐渐减小，从而灯A 只能渐渐变暗．在电路(b)中，电阻R 和灯A 串联，灯A 的电阻大于线圈L 的电阻，电流则小于线圈L 中的电流，断开S 时，电源不再给灯供电，而线圈产生自感电动势阻碍电流的减小，通过R 、A 形成回路，灯A 中电流突然变大，灯A 变得更亮，然后渐渐变暗，故A 、D 正确．2、如图所示，L 1、L 2、L 3是完全相同的灯泡，L 为直流电阻可忽略的自感线圈，电源内阻不计，开关S 原来接通．现将开关S 断开，则( )A ．L 1点亮，L 2变暗，最终两灯一样亮B ．L 2闪亮一下后恢复到原来的亮度C ．L 3变暗一下后恢复到原来的亮度D ．L 3闪亮一下后恢复到原来的亮度答案 AD解析 当S 闭合时，L 把灯L 1短路，L 1不亮，I L3＝I L2＝E R；将S 断开时，L 1与L 2串联，电流变小，L 2变暗，L 1被点亮，最终两灯一样亮．由于L 中的电流要减小，且与L 3串联，I L3′＝E R，因此L 3要闪亮一下后再恢复到原来的亮度．因此正确选项为A 、D 两项．3、如图所示是研究自感通电实验的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合电键调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，调节可变电阻R1，使它们都正常发光，然后断开电键S.重新闭合电键S，则() 图12A．闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮B．闭合瞬间，A2立刻变亮，A1逐渐变亮C．稳定后，L和R两端电势差一定相同D．稳定后，A1和A2两端电势差不相同答案BC解析根据题设条件可知，闭合电键调节电阻R，使两个灯泡的亮度相同，说明此时电阻R的阻值与线圈L的电阻一样大，断开电键再重新闭合电键的瞬间，根据自感原理，可判断A2立刻变亮，而A1逐渐变亮，A项错误，B项正确；稳定后，自感现象消失，根据题设条件可判断线圈L和R两端的电势差一定相同，A1和A2两端电势差也相同，所以C项正确，D 项错误．4、如图所示，P、Q是两个完全相同的灯泡，L是直流电阻为零的纯电感，且自感系数L很大．C是电容较大且不漏电的电容器，下列判断正确的是()A．S闭合时，P灯亮后逐渐熄灭，Q灯逐渐变亮B．S闭合时，P灯、Q灯同时亮，然后P灯变暗，Q灯变得更亮C．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯立即熄灭D．S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯逐渐熄灭答案 D解析当S闭合时，通过自感线圈的电流逐渐增大而产生自感电动势，故通过P、Q的电流几乎相同，故两灯同时亮，当电流稳定时，灯泡P被短路而熄灭，此时通过灯泡Q 的电流变大，故Q变亮；当S断开时，灯泡P与自感线圈L组成了闭合回路，灯泡P 中的电流先增大后减小至零，故闪亮一下再熄灭，电容器与灯泡Q组成闭合回路，电容器放电，故灯泡Q逐渐熄灭，选项D正确．5、如图所示电路中，L为电感线圈，C为电容器，当开关S由断开变为闭合时()A．A灯中无电流通过，不可能变亮B．A灯中有电流通过，方向由a到bC．B灯逐渐熄灭，c点电势高于d点电势D．B灯逐渐熄灭，c点电势低于d点电势答案 D解析S断开时，C两端电压为L与灯B串联的电压，灯A是熄灭的．当S闭合时，L、C支路均被短路，电容器C要放电，A灯中有电流通过，电流方向由b到a，因此A、B 项皆错；S闭合后，把L支路短路，由L的自感作用，灯B逐渐熄灭，d点电势高于c 点，选项C错，D对．6、(2010·江苏单科·4)如图所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.下列表示A、B两点间电压U AB随时间t变化的图象中，正确的是()答案 B解析S闭合时，由于电感L有感抗，经过一段时间电流稳定时L电阻不计，可见电路的外阻是从大变小的过程．由U外＝R外R外＋rE可知U外也是从大变小的过程，所以A、C 错误．t1时刻断开S，由于自感在L、R、D构成的回路中，电流从B经过D流向A，所以t1时刻U AB反向且逐渐减小，B正确，D错误．7、如图所示的电路中，L为一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2是两个完全相同的电灯，E是内阻不计的电源．t＝0时刻，闭合开关S，经过一段时间后，电路达到稳定，t1时刻断开开关S.I1、I2分别表示通过电灯D1和D2中的电流，规定图中箭头所示方向为电流正方向，以下各图中能定性描述电流I随时间t变化关系的是()解析当S闭合时，L的自感作用会阻碍其中的电流变大，电流从D1流过；当L的阻碍作用变小时，L中的电流变大，D1中的电流变小至零；D2中的电流为电路总电流，电流流过D1时，电路总电阻较大，电流较小，当D1中电流为零时，电流流过L与D2，总电阻变小，电流变大至稳定；当S再断开时，D2马上熄灭，D1与L组成回路，由于L的自感作用，D1慢慢熄灭，电流反向且减小；综上所述知选项A、C正确．答案AC8、在如图所示的电路中，两个相同的小灯泡L1和L2分别串联一个带铁芯的电感线圈L和一个滑动变阻器R.闭合开关S后，调整R，使L1和L2发光的亮度一样，此时流过两个灯泡的电流均为I.然后，断开S.若t′时刻再闭合S，则在t′前后的一小段时间内，正确反映流过L1的电流i1、流过L2的电流i2随时间t变化的图象是()答案 B解析闭合开关S后，调整R，使两个灯泡L1、L2发光的亮度一样，电流均为I，说明R L＝R.若t′时刻再闭合S，流过电感线圈L和灯泡L1的电流迅速增大，使电感线圈L 产生自感电动势，阻碍流过L1的电流i1增大，直至达到电流I，故A错误，B正确；而对于t′时刻再闭合S，流过灯泡L2的电流i2立即达到电流I，故C、D错误．9、(2011·北京理综·19)某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是()A．电源的内阻较大B．小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D．线圈的自感系数较大答案 C解析由自感规律可知在开关断开的瞬间造成灯泡闪亮以及延时的原因是在线圈中产生了与原电流同向的自感电流且大于稳定时通过灯泡的原电流．由题图可知灯泡和线圈构成闭合的自感回路，与电源无关，故A错误；造成不闪亮的原因是自感电流不大于稳定时通过灯泡的原电流，当线圈电阻小于灯泡电阻时才会出现闪亮现象，故B错误，C正确；自感系数越大，则产生的自感电流越大，灯泡更亮，故D错误．10、如图所示为新一代炊具——电磁炉，无烟、无明火、无污染、不产生有害气体、无微波辐射、高效节能等是电磁炉的优势所在．电磁炉是利用电流通过线圈产生磁场，当磁场的磁感线通过含铁质锅底部时，即会产生无数小涡流，使锅体本身自行高速发热，然后再加热锅内食物．下列相关说法中正确的是()A．锅体中的涡流是由恒定的磁场产生的B．恒定磁场越强，电磁炉的加热效果越好C．锅体中的涡流是由变化的磁场产生的D．提高磁场变化的频率，可提高电磁炉的加热效果答案CD解析由电磁感应原理可知，锅体中的涡流是由变化的磁场产生的，提高磁场变化的频率，产生的感应电动势变大，可提高电磁炉的加热效果，故C、D正确．。

《自感现象与涡流》讲义一、自感现象在了解自感现象之前，我们先来看一个简单的电路。

当我们闭合开关，让电流通过一个线圈时，会发生什么呢？自感现象是一种由于自身电流变化而引起的电磁感应现象。

当通过导体自身的电流发生变化时，导体内部就会产生自感电动势，这个电动势总是阻碍导体中原来电流的变化。

比如说，有一个闭合的线圈，其中通有电流。

当我们突然增大电流时，线圈中会产生一个阻碍电流增大的自感电动势；反之，当我们突然减小电流时，线圈中会产生一个阻碍电流减小的自感电动势。

自感系数是描述自感现象强弱的物理量，它与线圈的匝数、有无铁芯、线圈的长度和横截面积等因素有关。

匝数越多、有铁芯、长度越长、横截面积越大，自感系数就越大，自感现象也就越明显。

自感现象在生活中有很多应用。

比如日光灯中的镇流器，就是利用自感现象来产生瞬间的高电压，使灯管内的气体放电发光。

还有在一些电器设备中，为了防止电路中的电流突变对设备造成损害，也会用到自感元件来起到缓冲的作用。

但自感现象也可能会带来一些问题。

比如在大型变压器中，如果突然切断电流，由于强大的自感电动势可能会产生很高的电压，从而引发危险。

二、涡流说完自感现象，我们再来看看涡流。

涡流是由于电磁感应，在导体内部形成的闭合电流。

当一块导体处于变化的磁场中时，导体内部就会产生涡流。

涡流有一些特点。

首先，涡流会使导体发热。

这是因为电流通过导体时会产生焦耳热。

在一些需要加热的场合，比如电磁炉，就是利用涡流产生的热量来加热物体的。

其次，涡流会产生阻尼作用。

例如，在一些电磁仪表中，为了减少涡流的影响，常常采用增加电阻率或者把导体做成薄片的方法来减小涡流。

在工业生产中，涡流也有广泛的应用。

例如，利用涡流可以对金属材料进行无损检测，通过检测涡流的变化来判断材料内部是否存在缺陷。

此外，涡流制动也是一种常见的制动方式。

在一些高速列车上，就采用了涡流制动来快速减速。

三、自感现象与涡流的关系自感现象和涡流既有区别又有联系。

《自感现象与涡流》讲义一、自感现象自感现象是一种特殊的电磁感应现象。

当通过导体自身的电流发生变化时，导体自身就会产生感应电动势，这个电动势会阻碍原电流的变化。

我们可以通过一个简单的实验来理解自感现象。

假设我们有一个线圈，当电路接通时，电流会逐渐增大。

但由于自感的存在，电流增大的过程并不是瞬间完成的，而是有一个逐渐上升的过程。

当电路断开时，电流瞬间减小，但自感电动势会试图维持原来的电流，从而在断开瞬间产生一个较高的电压。

自感现象的产生是由于线圈中电流变化时，其周围的磁场也随之变化。

根据电磁感应定律，变化的磁场会在线圈中产生感应电动势。

自感电动势的大小与线圈的自感系数以及电流的变化率有关。

自感系数越大，或者电流变化率越大，自感电动势也就越大。

自感系数取决于线圈的匝数、形状、大小以及是否有铁芯等因素。

匝数越多、形状越紧密、有铁芯的线圈，其自感系数通常越大。

自感现象在日常生活和实际应用中有很多例子。

比如，在日光灯中，镇流器就是利用自感现象来产生瞬间高电压，使灯管启动。

在变压器中，自感现象也起着重要的作用，它有助于实现电压的变换。

二、涡流涡流是另一种电磁感应现象。

当块状金属在变化的磁场中时，金属块内部会产生自成闭合回路的感应电流，这种电流就叫做涡流。

涡流的产生是由于磁场的变化导致金属内部的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，进而形成电流。

涡流具有热效应和磁效应。

由于涡流在金属内部流动时会产生电阻，从而使电能转化为热能，这就是涡流的热效应。

例如，在电磁炉中，就是利用涡流的热效应来加热食物。

涡流的磁效应则在一些电磁设备中得到应用，比如电磁阻尼和电磁驱动。

电磁阻尼是指当导体在磁场中运动时，由于涡流的存在，导体受到的阻力会增大，从而使其运动减缓。

例如，在电表的指针摆动中，通过使用电磁阻尼可以使指针迅速稳定下来，方便读数。

电磁驱动则是利用涡流来实现物体的驱动。

当磁场相对于导体运动时，在导体中产生的涡流会使导体受到一个驱动力，从而跟着磁场运动。

《自感现象涡流》讲义一、自感现象1、自感现象的定义当导体中的电流发生变化时，它自身就会产生感应电动势，这种现象叫做自感现象。

打个比方，就好像一条河流，当水流的速度突然改变时，河水自身会产生一种阻力来抵抗这种变化。

在电路中，电流的变化就如同水流速度的改变，而自感就是电路自身产生的“阻力”。

2、自感电动势自感现象中产生的电动势叫做自感电动势。

它的大小与电流的变化率成正比。

如果电流变化得很快，自感电动势就会比较大；反之，如果电流变化缓慢，自感电动势就相对较小。

3、自感系数自感电动势的大小还与一个叫做自感系数的物理量有关。

自感系数简称自感或电感，用字母 L 表示。

自感系数与线圈的形状、长短、匝数以及有无铁芯等因素有关。

线圈越长、匝数越多、有铁芯，自感系数就越大；反之，自感系数就越小。

想象一下，一个又粗又长、匝数很多并且带有铁芯的线圈，就像一个“顽固”的家伙，电流要想在它里面发生变化，它会产生很强的反抗，也就是有较大的自感系数。

4、自感现象的应用与防止自感现象在生活中有很多应用。

比如日光灯中的镇流器，就是利用自感现象来产生瞬间的高电压，从而点燃灯管。

在一些电路中，我们又需要防止自感现象带来的不利影响。

比如在断开大电流的电路时，可能会产生很大的自感电动势，形成电弧，容易损坏开关甚至造成危险。

这时候就需要采取一些措施来抑制自感电动势的产生。

二、涡流1、涡流的定义当块状金属在变化的磁场中，或者在磁场中运动时，金属块内产生的感应电流在整块金属内部自成闭合回路，像水中的漩涡一样，这种电流叫做涡流。

可以把涡流想象成金属内部无数个小“电流环”，它们在磁场的作用下不断地产生和流动。

2、涡流的热效应涡流会使金属块发热，利用涡流的热效应可以制成高频感应炉来冶炼金属。

在高频感应炉中，强大的涡流能够产生大量的热量，使金属迅速熔化，从而达到冶炼的目的。

但在有些情况下，涡流的热效应是不利的。

比如变压器的铁芯在工作时会产生涡流，导致铁芯发热，不仅浪费能量，还可能损坏设备。

高二物理自感现象涡流教学目标：1、了解什么是自感现象、自感系数和涡流，知道影响自感系数大小的因素。

2、了解自感现象的利用和危害的防止。

3、初步了解日光灯、电磁炉等家用电器工作的自感原理。

4、利用对自感现象的想象培养想象能力，体验将物理知识应用于生活的过程。

5、体会科技成果对生活的广泛影响，培养对涡流现象的广泛、神奇的应用产生兴趣。

教学过程：一、学习新知识1、电磁感应现象原理：E1==Δφ/Δt 提问2、自感现象3、电感器线圈演示讲解自感（系数）：匝数越多，自感系数越大；加如铁芯，自感系数增大。

作用：有阻碍交流的作用实例：变压器（即互感器）、日光灯电子镇流器个例分析危害：城市无轨电车弓型拾电器电弧火花-烧蚀开关、危及行人。

4、涡流及其应用现象：阻尼摆演示-设问-探究-释疑概念及成因：空间磁通量变化，空间中的导体就会感应出电流，即涡流。

应用：变压器硅钢片设计原理： --- 解释：为什么变压器要有冷却装置？电磁炉发热原理：金属探测器：危害：使得变压器及电机铁芯内感应涡流，发热，影响绝缘性能乃至导致火灾事故。

防止办法：铁芯分片组叠，并彼此绝缘。

二、巩固新知识1、小结：自感-涡流-现象-规律-应用2、阅课文：P78-813、练习：（课本）P81—1、2（讲）、3（提示：自感系数因素）、4（启发分析）、5（启发讲述）4、作业：后记：1、电磁炉原理：电磁炉是应用电磁感应原理对食品进行加热的。

电磁炉的炉面是耐热陶瓷板，交变电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，磁场内的磁力线穿过铁锅、不锈钢锅等底部时，产生涡流，令锅底迅速发热，达到加热食品的目的。

电磁炉加热原理如图所示，灶台台面是一块高强度、耐冲击的陶瓷平板（结晶玻璃），台面下边装有高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置及相应的控制系统，台面的上面放有平底烹饪锅。

其工作过程如下：电流电压经过整流器转换为直流电，又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场。